光刻设备、量测设备、光学系统和方法与流程

光刻设备、量测设备、光学系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年3月13日递交的美国临时专利申请号62/818,054的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及量测设备和系统，例如，用于光刻设备和系统的位置传感器。


背景技术：

4.光刻设备是一种将期望图案施加至衬底上(通常涂覆至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(ic)或设计用于功能的其它器件的制造中。在所述情况下，图案形成装置(其替代地被称作掩模或掩模版)可以用以产生要形成在设计用于功能的器件的单层上的电路图案。这种图案可以转印至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的部分、一个管芯或几个管芯)上。典型地经由成像至提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含经连续地图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，其中通过将整个图案一次性曝光至目标部分上来辐照每个目标部分；和所谓的扫描仪，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上经由辐射束而扫描图案同时平行或反向平行于这种方向而同步地扫描衬底来辐照每个目标部分。也可以通过将图案压印至衬底上而将图案从图案形成装置转印至衬底。
5.制造诸如半导体器件之类的器件典型地涉及使用多个制造过程来处理衬底(例如半导体晶片)以形成所述器件的各种特征且常常形成多个层。典型地使用例如沉积、光刻、蚀刻、化学机械抛光和离子植入来制造和处理这些层和特征。可以在衬底上的多个管芯上制作多个器件，并且接着将所述器件分离成单独的器件。这种器件制造过程可以被认作是图案化过程。图案化过程涉及图案转印步骤，诸如使用光刻设备的光学光刻术和/或nm压印光刻术，以在衬底上提供图案且典型地但可选地涉及一个或更多个相关图案处理步骤，诸如通过显影设备的抗蚀剂显影、使用焙烤工具焙烤衬底、通过蚀刻设备的蚀刻图案等等。另外，在图案化过程中涉及一个或更多个量测过程。
6.在图案化过程期间在各个步骤下使用量测过程以监控和/或控制所述过程。例如，量测过程用于测量衬底的一个或更多个特性，诸如在所述图案化过程期间形成在衬底上的特征的相对部位(例如，对齐、重叠、对准等等)或尺寸(例如，线宽、临界尺寸(cd)、厚度等等)，使得例如可以从所述一个或更多个特性确定所述图案化过程的性能。如果所述一个或更多个特性为不可接受的(例如，在特性的预定范围之外)，则可以例如基于所述一个或更多个特性的测量值设计或更改所述图案化过程的一个或更多个变量，使得由所述图案化过程制造的衬底具有可接受的特性。
7.几十年来，随着光刻术和其它图案化过程技术的改进，功能元件的尺寸已不断地较小，同时每器件的功能元件(诸如晶体管)的数量已稳定地增大。同时，关于重叠、临界尺寸(cd)等等的精度的要求变得越来越严格。在所述图案化过程中将不可避免地产生诸如重
叠误差、cd误差等等的误差。例如，成像误差可以由光学像差、图案形成装置加热、图案形成装置误差和/或衬底加热产生且可以关于例如重叠、cd等等进行表征。另外或替代地，所述图案化过程的其它部分，诸如蚀刻、显影、焙烤等等中可以引入误差，并且类似地可以关于例如重叠、cd等等进行表征。所述误差可能造成在器件的功能方面的问题，包括器件功能的故障，或功能器件的一个或更多个电气问题。因此，需要能够表征一个或更多个这些误差且采取步骤来设计、修改、控制等等图案化过程以减小或最小化这些误差中的一个或更多个。
8.量测系统通常用于表征由光刻过程所产生的误差。量测系统通常需要光学部件的可重复制造和布置，以准确地测量目标在衬底上的位置。期望对于所设计和制造的量测系统，应能够产生一致的或至少在某一预定公差内的测量结果。


技术实现要素：

9.在一些实施例中，一种用以降低被布置成测量衬底的高度的水平传感器对于所述水平传感器中的光学部件的性质的变化的灵敏度的方法包括：朝向衍射元件引导辐射的束；和经由光学系统，以第一入射角将所述束引导至第一反射元件。所述束具有第一偏振和垂直于所述第一偏振的第二偏振。所述第一反射元件以第二入射角朝向第二反射元件反射所述束，以使得所述束入射到所述衬底上。所述第一入射角和所述第二入射角被选择成减小所述束的所述第一偏振与所述第二偏振的强度比率的、由所述第一反射元件和所述第二反射元件中的至少一个的层的性质所施加的变化。
10.在一些实施例中，一种用于引导具有第一偏振和垂直于所述第一偏振的第二偏振的辐射的束的光学系统包括：衍射元件；以及第一反射元件和第二反射元件。所述衍射元件被配置成在所述光学系统中引导所述束，以使得所述束以第一入射角入射到所述第一反射元件上。所述第一反射元件被配置成以第二入射角朝向所述第二反射元件反射所述束，以使得所述束入射到衬底上。所述第一入射角和所述第二入射角被选择成减小所述束的所述第一偏振与所述第二偏振的强度比率的、由所述第一反射元件和所述第二反射元件中的至少一个的层的性质所施加的变化。
11.在一些实施例中，一种量测系统包括辐射源、光学系统和检测器。所述辐射源被配置成产生辐射的束，所述束具有第一偏振和垂直于所述第一偏振的第二偏振。所述光学系统被配置成朝向衬底引导所述辐射的束。所述光学系统包括衍射元件以及第一反射元件和第二反射元件。所述衍射元件被配置成在所述光学系统中引导所述束，以使得所述束以第一入射角入射到所述第一反射元件上。所述第一反射元件被配置成以第二入射角朝向所述第二反射元件反射所述束，以使得所述束入射到所述衬底上。所述第一入射角和所述第二入射角被选择成减小所述束的所述第一偏振与所述第二偏振的强度比率的、由所述第一反射元件和所述第二反射元件中的至少一个的层的性质所施加的变化。所述检测器被配置成接收由所述衬底散射的辐射且基于所接收的辐射来产生信号。所述信号包括所述衬底的高度的信息。
12.在下文中参考随附附图详细地描述本发明的另外的特征和优点以及本发明的各个实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本文描述的具体实施例。本文仅出于说明性的目的来呈现这样的实施例。基于本发明中包含的教导，相关领域技术人员将明白额外的实施例。
附图说明
13.被合并于本文中的并且构成说明书一部分的附图图示了本发明，并且与描述一起进一步用于解释本发明的原理，并且使得相关领域的技术人员能够制作和使用本发明。
14.图1a示出根据一些实施例的反射光刻设备的示意图。
15.图1b示出根据一些实施例的透射光刻设备的示意图。
16.图2示出根据一些实施例的反射光刻设备的详细示意图。
17.图3示出根据一些实施例的光刻单元的示意图。
18.图4示出根据一些实施例的量测系统的示意图。
19.图5示出根据一些实施例的光学系统的透视示意图。
20.图6示出根据一些实施例的光学系统的透视示意图。
21.图7示出根据一些实施例的用于降低水平传感器对所述水平传感器中的光学部件的性质的变化的灵敏度的方法步骤。
22.图8示出根据一些实施例的分别被配置成用于照射供应和检测的两个光学系统的透视示意图。
23.根据下文阐明的详细描述，当与附图结合时，本发明的特征和优点将变得显而易见，附图中相似的附图标记标识相对应的元件。在附图中，相似的附图标记通常指示相同的、功能上类似的、和/或结构上类似的元件。另外，通常，附图标记的最左边的数字标识其中所述附图标记首次出现的附图。除非另外指明，否则遍及整个本公开中所提供的附图不应被解释为成比例的附图。
具体实施方式
24.本说明书披露了合并本发明特征的一个或更多个实施例。所披露的实施例仅例示了本发明。本发明的范围不限于所披露的实施例。本发明由所附的权利要求限定。
25.所描述的实施例以及说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是可能不一定每个实施例都包括特定的特征、结构或特性。而且，这种短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，应当理解，结合其它实施例(无论是否明确描述)来实现这种特征、结构或特性，也在本领域技术人员的知识的范围内。
26.为了便于描述如图中所示一个元素或特征与另一元素或特征的关系，此处可以使用空间相对术语，诸如“在
……
下方”、“在
……
下面”、“在
……
下部”、“在
……
上方”、“在
……
上面”、“在
……
上部”等。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖设备在使用或操作中的不同方位。该装置可以以其它方式定向(旋转90度或以其它方位)，并且相应地，在此使用的相关描述语可以在空间上被同样地解释。
27.术语“大约”可用于本文中以指示可以基于特定技术而变化的给定量的值。根据特定的技术，术语“大约”可以表示给定量的值，该值在其例如10％到30％之间变化(例如，该值的
±
10％、
±
20％或
±
30％)。
28.本公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本公开的实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以由一个或更多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算装置)可读的形式来存储或透射信息的
任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(rom)；随机存取存储器(ram)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；电、光、声或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例程和/或指令可以在本文中描述为执行某些动作。但是，应当理解，这种描述仅仅是为了方便，并且这种动作实际上是由执行固件、软件、例程、指令等的计算装置、处理器、控制器或其它装置引起的。
29.然而，在更详细地描述这种实施例之前，提供可以实现本公开的实施例的示例环境是有益的。
30.示例光刻系统
31.图1a和图1b分别示出根据某些实施例的光刻设备100和光刻设备100'的示意图。在一些实施例中，光刻设备100和光刻设备100'各自包括：照射系统(照射器)il，其被配置为调整辐射束b(例如，深紫外线或极紫外辐射)；支撑结构(例如，掩模台)mt，其被配置为支撑图案形成装置(例如，掩模、掩模版或动态图案形成装置)ma，并且连接到第一定位器pm，该第一定位器pm被配置为精确地定位图案形成装置ma；以及衬底台(例如，晶片台)wt，其被配置为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)w，并且连接到第二定位器pw，该第二定位器pw被配置为精确地定位衬底w。光刻设备100和100'还具有投影系统ps，该投影系统ps被配置为将通过图案形成装置ma赋予到辐射束b的图案投射到衬底w的目标部分(例如，包括一个或更多个管芯)c上。在光刻设备100中，图案形成装置ma投影系统ps是反射性的。在光刻设备100'中，图案形成装置ma和投影系统ps是透射性的。
32.照射系统il可以包括用于引导、整形或控制辐射束b的各种类型的光学部件，诸如折射、反射、折反射、磁性、电磁、静电或其它类型的光学部件、或其任何组合。
33.支撑结构mt以以下方式来保持图案形成装置ma：依赖于图案形成装置ma相对于参考框架的定向、光刻设备100和100'中的至少一个的设计、以及其它条件(诸如图案形成装置ma是否被保持在真空环境中)。支撑结构mt可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置ma。支撑结构mt可以是例如框架或台，根据需要它们可以是固定的或可移动的。通过使用传感器，支撑结构mt可以确保图案形成装置ma例如相对于投影系统ps处于期望位置。
34.术语“图案形成装置”ma应当被广义地解释为：指代可以被用于向辐射束b的截面赋予图案的任何装置，例如可以在衬底w的目标区域c中产生图案的装置。赋予到辐射束b的图案可以对应于在目标部分c中产生的、器件中的特定功能层，以形成集成电路。
35.图案形成装置ma可以是透射性的(如在图1b的光刻设备100'中)或反射性的(如在图1a的光刻设备100中)。图案形成装置ma的示例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列和可编程lcd面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移等掩模类型、以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独倾斜，以便在不同方向上反射入射的辐射束。倾斜的反射镜将图案赋予在辐射束b中，该图案被小反射镜矩阵反射。
36.术语“投影系统”ps可以涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统、或其任何组合，以适合所使用的曝光辐射、或其它因素，诸如在衬底w上使用浸没液体或使用真空等。真空环境可以被用于euv或电子束辐射，因为其它气体会吸收过多的辐射或电子。因此，借助于真空壁和真空泵可以向整个束路径提供真空环境。
37.光刻设备100和/或光刻设备100'可以是具有两个(双台)或多个衬底台wt(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加衬底台wt，或者可以在一个或更多个其它衬底台wt上进行曝光的同时，在一个或更多个工作台上执行制备步骤。在某些情况下，附加台可以不是衬底台wt。
38.参考图1a和图1b，照射器il从辐射源so接收辐射束。光源so和光刻设备100、100'可以是分开的物理实体，例如，当光源so是准分子激光器时。在该情况下，不认为光源so形成为光刻设备100、100'的一部分，并且借助于包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束透射系统bd(图1b中)，将辐射束b从源so传递到照射器il。在其它情况下，光源so可以是光刻设备100、100'的组成部分，例如当光源so是汞灯时。可以将源so和照射器il以及束透射系统bd(如果需要的话)一起称为辐射系统。
39.照射器il可以包括用于调整辐射束的角度强度分布的调整器ad(图1b中)。通常，照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/或内部的径向范围(通常分别称为外部σ和内部σ)可以被调整。另外，照射器il可以包括各种其它部件(图1b中)，诸如积分器in和聚光器co。照射器il可以被用于调整辐射束b，以在辐射束b截面中具有期望的均匀性和强度分布。
40.参考图1a，辐射束b入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)mt上的图案形成装置(例如，掩模)ma上，并且由图案形成装置ma图案化。在光刻设备100中，辐射束b从图案形成装置(例如，掩模)ma被反射。在从图案形成装置(例如，掩模)ma反射之后，辐射束b穿过投影系统ps，投影系统ps将辐射束b聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置传感器if2(例如，干涉仪、线性编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底台wt(例如，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中)。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器if1可以被用于相对于辐射束b的路径精确地定位图案形成装置(例如，掩模)ma。图案形成装置(例如，掩模)ma和衬底w可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准。
41.参考图1b，辐射束b入射在保持在支撑结构(例如，掩模台mt)上的图案形成装置(例如，掩模ma)上，并且由图案形成装置图案化。在穿过掩模ma之后，辐射束b穿过投影系统ps，投影系统ps将束聚焦到衬底w的目标部分c上。投影系统具有相对于光瞳ppu共轭的照射系统光瞳ipu。辐射的一部分从照射系统光瞳ipu处的强度分布发出，并且穿过掩模图案而不受掩模图案处的衍射的影响，并且在照射系统光瞳ipu处产生强度分布的图像。
42.借助于第二定位器pw和位置传感器if(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台wt可以精确地移动(例如，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中)。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器(图1b中未示出)可以被用于相对于辐射束b的路径，精确地定位掩模ma(例如，在从掩模库机械取回之后，或者在扫描期间)。
43.在一些实施例中，掩模台mt的移动可以借助于形成为第一定位器pm的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台wt的移动可以使用形成为第二定位器pw的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描器相对)，掩模台mt可以仅连接到短行程致动器，也可以被固定。可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2，来对准掩模ma和衬底w。尽管衬底对准标记(如图所示)占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(被称为划线对准标记)。类似地，在大于一个的管芯设置在掩模ma上的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。
44.掩模台mt和图案形成装置ma可以在真空腔室中，其中真空机器人ivr可以被用于
将诸如掩模等图案形成装置移入和移出真空腔室。备选地，当掩模台mt和图案形成装置ma在真空腔室外部时，类似于真空机器人ivr，真空外机器人可以被用于各种运输操作。真空内和真空外机器人都需要进行校准，以将任何有效负载(例如，掩模)平稳地转移到转移台的固定的运动支架上。
45.光刻设备100和100'可以在以下模式中的至少一种模式下使用：
46.在步进模式下，支撑结构(例如，掩模台)mt和衬底台wt基本上保持静止，而赋予到辐射束b的整个图案被一次投射到目标部分c上(即，一次静态曝光)。然后，衬底台wt在x和/或y方向上移动，使得可以曝光不同的目标部分c。
47.在扫描模式下，同步扫描支撑结构(例如，掩模台)mt和衬底台wt，同时赋予到辐射束b的图案被投射到目标部分c上(即，单次动态曝光)。衬底台wt相对于支撑结构(例如，掩模台)mt的速度和方向，可以通过投射系统ps的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。
48.在另一模式下，支撑结构(例如，掩模台)mt保持基本静止，以保持可编程图案形成装置，并且在赋予辐射束b的图案被投射到目标部分c上的同时，衬底台wt被移动或扫描。可以采用脉冲辐射源so，并且在衬底台wt的每次移动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新可编程图案形成装置。这种操作模式可以易于被应用于利用可编程图案形成装置(诸如可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术。
49.也可以采用上述使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变型。
50.在一些实施例中，光刻设备100包括极紫外(euv)源，该极紫外源被配置为输出用于euv光刻的euv辐射束。通常，euv源被配置在辐射系统中，并且相应照射系统被配置为调整euv源的euv辐射束。
51.图2更详细地示出了光刻设备100，其包括源收集器设备so、照射系统il和投影系统ps。源收集器设备so被构建和布置为使得可以在源收集器设备so的封闭结构220中保持真空环境。发射等离子体210的euv辐射可以通过放电产生的等离子体源来形成。euv辐射可以由气体或蒸气产生，例如氙气、锂蒸气或锡蒸气，其中产生非常热的等离子体210以发射在电磁光谱的euv范围内的辐射。非常热的等离子体210通过例如放电来产生，该放电引起至少部分电离的等离子体。为了有效地生成辐射，可能需要例如10pa的xe、li、sn蒸气或任何其它合适的气体或蒸气的分压。在一些实施例中，提供激发的锡(sn)等离子体以产生euv辐射。
52.由热等离子体210发出的辐射经由可选的气体阻挡或污染物阱230(在某些情况下也称为污染物屏障或箔片阱)，从源腔室211进入收集器腔室212，气体屏障或污染物阱230定位在源腔室211中的开口中或开口的后面。污染物阱230可以包括通道结构。污染物阱230还可以包括气体阻挡或气体阻挡与通道结构的组合。本文进一步指出的污染物阱或污染物阻挡230至少包括通道结构，如本领域中已知的。
53.收集器腔室212可以包括辐射收集器co，辐射收集器co可以是所谓的掠入射收集器。辐射收集器co具有上游辐射收集器侧251和下游辐射收集器侧252。穿过收集器co的辐射可以从光栅光谱滤波器240反射出来以被聚焦在虚拟源点if上。虚拟源点if通常被称为中间焦点，并且源收集器设备被布置为使得中间焦点if位于封闭结构220中的开口219处或开口219的附近。虚拟源点if是辐射发射等离子体210的图像。光栅光谱滤波器240特别地被用于抑制红外(ir)辐射。
54.随后，辐射穿过照射系统il，该照射系统il可以包括琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224，琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224被布置为：在图案形成装置ma处提供辐射束221的期望角度分布，并且在图案形成装置ma处提供期望的辐射强度均匀性。当辐射束221在由支撑结构mt保持的图案形成装置ma处反射时，形成图案化束226，并且图案化束226通过投影系统ps经由反射元件228、230成像到由晶片台或衬底台wt保持的衬底w上。
55.照射光学单元il和投影系统ps中通常可以存在比所示更多的元件。取决于光刻设备的类型，可以可选地存在光栅光谱滤波器240。此外，可以存在比图2所示更多的反射镜，例如，与如图所示的反射镜相比，在投影系统ps中可以存在一至六个附加反射元件。
56.仅作为收集器(或收集器镜)的示例，如图2所示的收集器光学器件co被描绘为具有掠入射反射器253、254和255的巢状收集器。掠入射反射器253、254和255围绕光轴o轴向对称地布置，并且这种类型的收集器光学器件co优选地与放电产生的等离子体源(通常被称为dpp源)结合使用。
57.示例性光刻单元
58.图3示出了光刻单元300(有时也被称为光刻元或簇)的示意图。光刻设备100或100'可以形成为光刻单元300的一部分。光刻单元300还可以包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后过程的多个设备。常规地，这些包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂机sc、用于使曝光的抗蚀剂显影的显影剂de、冷却板ch和焙烤板bk。衬底运送装置或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底，在不同的过程设备之间移动它们，然后将它们传送到光刻设备的进料台lb。这些装置(通常被统称为涂覆显影装置)处于涂覆显影装置控制单元tcu的控制下，涂覆显影装置控制单元tcu本身由管理控制系统scs控制，管理控制系统scs也经由光刻控制单元lacu控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以使生产量和处理效率最大化。
59.示例性量测系统
60.图4示出了根据一些实施例的可被实施为光刻设备100或100'的一部分的量测系统400的示意图，该对准设备400可以被实现为光刻设备100或100'的一部分。在一些实施例中，量测系统400可以被配置为测量衬底w的表面上的高度和高度变化。在一些实施例中，量测系统400可以被配置为检测衬底上的对准标记的位置，并且使用检测到的对准标记的位置使衬底相对于图案形成装置或光刻设备100或100'的其它部件对准。
61.在一些实施例中，量测系统400可以包括辐射源402、投影光栅404、检测光栅412、和检测器414。辐射源402可以被配置为提供具有一个或更多个通带的电磁窄带辐射束。在一些示例中，一个或更多个通带可以在波长为大约500nm至大约900nm之间的光谱内。在另一示例中，一个或更多个通带可以是波长在大约500nm至大约900nm之间的光谱内的离散的窄通带。在另一示例中，辐射源402产生在介于约225nm与400nm之间的波长的紫外(uv)光谱内的光。辐射源402还可以被配置为提供在长时间段内(例如，在辐射源402的寿命内)具有基本恒定的中心波长(cwl)值的一个或更多个通带。如上所论述，在当前量测系统中，辐射源402的这种配置可以有助于防止实际cwl值与期望cwl值的偏移。并且，结果，与当前量测系统相比，使用恒定cwl值可以提高量测系统(例如，量测设备400)的长期稳定性和准确性。
62.投影光栅404可以被配置成接收从辐射源402所产生的一个或更多个辐射束，并且将投影图像提供至衬底408的表面上。成像光学器件406可以被包括在投影光栅404与衬底
408之间，并且可以包括一个或更多个透镜、反射镜、光栅等。在一些实施例中，成像光学器件406被配置成使从投影光栅404投影的图像聚焦至衬底408的表面上。
63.在一些实施例中，投影光栅404以相对于表面法线的角度θ在衬底408的表面上提供图像。所述图像由衬底表面反射且在检测光栅412上再成像。检测光栅412可以与投影光栅404相同。成像光学器件410可以被包括在衬底408与衬底检测光栅412之间，并且可以包括一个或更多个透镜、反射镜、光栅等。在一些实施例中，成像光学器件410被配置成使从衬底408的表面所反射的图像聚焦至检测光栅412上。由于倾斜入射，当由投影光栅404所投影的图像由检测光栅412接收到时，则衬底408的表面中的高度变化(z
w
)将使得所述图像移位经过距离(s)，所述距离(s)由以下等式(1)给出：
64.s＝2z
w
sin(θ)
ꢀꢀ
(1)
65.在一些实施例中，投影光栅404的移位图像部分地由检测光栅412透射，并且，作为所述图像的周期性函数的透射强度发生偏离。这种移位图像由检测器414接收和检测。检测器414可以包括光电二极管或光电二极管阵列。检测器414的其它示例包括ccd阵列。在一些实施例中，检测器414可以被设计成基于所接收的图像来测量低至1nm的晶片高度变化。
66.示例性光学系统
67.如先前提及的，量测系统通常需要光学部件的可重复制造和配置，以准确地进行光学测量。另外，相同设计的量测系统应能够产生一致的、或至少在某一预定公差内的测量结果。然而，光学部件制造(例如需要精确薄膜层沉积的反射镜)的公差限制可能不利地影响量测系统的性能。在用于光刻设备的量测系统的情况下，一些光学部件的所需公差可能难以实现。看似一致的光学部件之间的变化使得一个量测系统产生与使用相同光学部件配置的另一量测系统不同的测量结果。期望减小量测系统之间的变化、或机器至机器(m2m)变化，以便改善量测系统的准确度和可靠性。
68.图5示出根据一些实施例的光学系统500的透视示意图。在一些实施例中，光学系统500包括反射镜502、反射镜504、反射镜506、反射镜508、和反射镜510。光学系统500可以例如替代量测系统400(图4)中的成像光学器件406而实施于量测系统中。在这样的情境中，投影光栅404可以被吸纳入成像光学器件406中。类似地，光学系统500可替代成像光学器件410而实施且可选地吸纳了检测光栅412。因此，在一些实施例中，光学系统500包括光栅512。在一些实施例中，反射镜506包括一个或更多个孔516，所述一个或更多个孔516被配置成允许辐射束514穿过反射镜506。
69.在一些实施例中，光栅512被配置成朝向反射镜502引导辐射束514。光栅512还被配置成衍射辐射束514，使得辐射束514被分解为一个或更多个衍射阶和/或一个或更多个波长。反射镜502被配置成从光栅512且朝向反射镜504引导辐射束514。反射镜504被配置成从反射镜502且朝向反射镜506引导辐射束514。反射镜506被配置成从反射镜504接收辐射束514且将辐射束514引导回反射镜504。反射镜504还被配置成从反射镜506接收辐射束514且朝向反射镜508引导辐射束514。
70.在一些实施例中，当反射镜502将辐射束514从光栅512朝向反射镜504引导时，反射镜502被配置成通过引导辐射束穿过反射镜506的一个或更多个孔516中的一个孔来进行所述引导。在一些实施例中，当反射镜504将辐射束514从反射镜506朝向反射镜508引导时，反射镜504被配置成通过引导辐射束穿过反射镜506的一个或更多个孔516中的一个孔来进
行所述引导。
71.在一些实施例中，反射镜508被配置成从反射镜504以第一入射角接收辐射束514，并且朝向反射镜510引导辐射束514。反射镜510被配置成以第二入射角接收由反射镜508所反射的束，并且例如朝向衬底518输出辐射束514。
72.在一些实施例中，上文所描述光学功能可以被反向。例如，如果光学系统500用于检测布置中，则从衬底518散射的辐射是输入至光学系统500中(例如通过入射到反射镜510上)的辐射。稍后将参考图8论述示例检测布置。
73.在一些实施例中，第一入射角和第二入射角不超过约80度。在一些实施例中，第一入射角介于约60至80度之间。在一些实施例中，第一入射角介于约45至60度之间。在一些实施例中，第二入射角介于约60至80度之间。在一些实施例中，第二入射角介于约45至60度之间。在一些实施例中，第一入射角和第二入射角相同或大体上类似。
74.在一些实施例中，光学系统500可以实施于量测系统中，例如用以测量衬底(例如，水平传感器)的高度。在这样的情境下，所述量测系统中的检测器被配置成接收从衬底散射的辐射且基于所接收的辐射来产生信号。所述信号可以包括所述衬底的高度的信息。所述高度可以定义为沿垂直于衬底表面的轴线的位置。水平传感器的m2m变化的临界指标是所谓的高度过程依赖性(hpd)。hpd是指水平传感器的相对于衬底的高度的响应特性(例如灵敏度)。经由光学系统(例如透镜、透镜物镜、成像光学器件，等等)的透射比率是影响hpd的参数，尤其是竖直和水平偏振的透射比率(在相对于衬底的平面考虑时称为rs/rp)。更特别地，光学系统的rs/rp继而与例如两个或更多个折叠反射镜(例如反射镜508和反射镜510)的rs/rp的乘积成比例。每个反射镜的rs/rp是入射到每个反射镜上的束的入射角的函数。hpd的重要参数是由于例如制造误差而产生的rs/rp的变化。所述光学系统的hpd m2m变化的一个主要因素是所述反射镜的涂层厚度误差，尤其在高入射角的情况下。归因于反射现象的性质，rs/rp取决于入射角以及例如反射表面上的涂层的厚度和组成，组成可能影响光学性质，诸如透射和介电性质(例如介电常数或电容率、折射率、等等)。本发明的实施例提供允许减小hpd m2m变化且增大量测系统的准确度和可靠性的结构和方法。
75.图6示出根据一些实施例的光学系统600的透视示意图。在一些实施例中，光学系统600包括反射镜602、反射镜604、反射镜606、反射镜608、和反射镜610。光学系统600可以例如替代量测系统400(图4)中的成像光学器件406而实施于量测系统中。在这样的情境中，投影光栅404可以被吸纳入至成像光学器件406中。类似地，光学系统600可替代成像光学器件410而实施且可选地吸纳检测光栅412。因此，在一些实施例中，光学系统600包括光栅612。在一些实施例中，反射镜606包括一个或更多个孔616，所述一个或更多个孔616被配置成允许辐射束614穿过反射镜606。
76.在一些实施例中，光栅612被配置成朝向反射镜602引导辐射束614。光栅612还被配置成衍射辐射束614，使得辐射束614分解为一个或更多个衍射阶和/或一个或更多个波长。反射镜602被配置成从光栅612且朝向反射镜604引导辐射束614。反射镜604被配置成从反射镜602且朝向反射镜606引导辐射束614。反射镜606被配置成从反射镜604接收辐射束614且将辐射束614引导回反射镜604。反射镜604还被配置成从反射镜606接收辐射束614且朝向反射镜608引导辐射束614。
77.在一些实施例中，当反射镜602将辐射束614从光栅612朝向反射镜604引导时，反
射镜602被配置成通过引导辐射束穿过反射镜606的一个或更多个孔616中的一个孔来进行所述引导。在一些实施例中，当反射镜604将辐射束614从反射镜606朝向反射镜608引导时，反射镜604被配置成通过引导辐射束穿过反射镜606的一个或更多个孔616中的一个孔来进行所述引导。
78.在一些实施例中，反射镜608被配置成从反射镜604以第一入射角接收辐射束614，并且朝向反射镜610引导辐射束614。反射镜610被配置成以第二入射角接收由反射镜608反射的束，并且例如朝向衬底618输出辐射束614。
79.在一些实施例中，上文所描述光学功能可以被反向。例如，如果光学系统600用于检测布置中，则从衬底618散射的辐射是输入至光学系统600中(例如通过入射到反射镜610上)的辐射。稍后将参考图8论述示例检测布置。
80.在一些实施例中，光学系统600可以实施于量测系统中，例如用以测量衬底(例如水平传感器)的高度。在这样的情境下，量测系统中的检测器被配置成接收从衬底散射的辐射且基于所接收的辐射来产生信号。所述信号可以包括衬底的高度的信息。
81.先前提及反射现象的性质使得rs/rp对入射角作出响应，其中在高入射角的情况下出现较大变化。因此，在一些实施例中，第一入射角和第二入射角不超过约45度。在一些实施例中，第一入射角介于约30至45度之间。在一些实施例中，第一入射角介于约10至30度之间。在一些实施例中，第二入射角介于约30至45度之间。在一些实施例中，第二入射角介于约10至30度之间。在一些实施例中，第一入射角和第二入射角相同或大体上类似。在一些实施例中，反射镜608和反射镜610被布置以使得由反射镜608所接收的辐射束614与由反射镜610反射的辐射束614交叉。在这样的情境中，第一入射角和第二入射角的总和小于90度。在替代性描述中，反射镜608和反射镜610被配置成使得由反射镜608所接收的辐射束614叠于由反射镜610反射的辐射束614上。使用减小的入射角的实施例降低了光学系统的灵敏度，这继而可以抵消由反射镜的制造中的误差所引起的灵敏度。本文中所描述的结构和方法的显著优势在于rs/rp变化可以在无需缩紧反射镜的涂层公差的情况下减小，这继而在光学系统的生产、实施和维护方面提供显著时间和成本优势。
82.本领域技术人员将了解，可以移除、添加、或重新布置光学系统500或光学系统600中的反射镜，同时仍实现本文中所描述的结果和优势。例如，可以如上文所描述维持反射镜608和反射镜610的布置，同时变更传递辐射束614至反射镜608的另一反射镜的布置。
83.图7示出根据一些实施例的用于降低水平传感器对于所述水平传感器中的光学部件的性质的变化的灵敏度的方法步骤，所述水平传感器被配置成测量衬底的高度。在步骤702中，朝向衍射元件引导辐射束。所述束包括第一偏振和垂直于所述第一偏振的第二偏振。在步骤704中，经由光学系统，以第一入射角将所述束引导至第一反射元件。在步骤706中，使用所述第一反射元件以第二入射角朝向第二反射元件反射所述束。所述第一入射角和所述第二入射角被选择(例如经由所述第一反射元件和所述第二反射元件的布置)成减小所述束的所述第一偏振与所述第二偏振的强度比率的、由所述第一反射元件和所述第二反射元件中的至少一个的层的性质所施加的变化。在步骤708中，将所述束从所述光学系统输出以便入射到衬底上。
84.在一些实施例中，所述第一入射角和所述第二入射角不超过约45度。在一些实施例中，所述第一入射角介于约30至45度之间。在一些实施例中，所述第一入射角介于约10至
30度之间。在一些实施例中，所述第二入射角介于约30至45度之间。在一些实施例中，所述第二入射角介于约10至30度之间。在一些实施例中，所述第一入射角和所述第二入射角相同或大体上类似。在一些实施例中，所述第一反射元件和所述第二反射元件被布置成使得由所述第一反射元件所接收的束与由所述第二反射元件反射的束交叉。在这样的情境中，所述第一入射角和所述第二入射角的总和小于90度。在替代性描述中，所述第一反射元件和所述第二反射元件被布置成使得由所述第一反射元件所接收的束叠于由第二反射元件所反射的束上。
85.在一些实施例中，所述光学系统包括第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜。所述衍射元件被配置成朝向所述第三反射元件引导所述束。所述第三反射元件被配置成朝向所述第四反射元件反射来自所述衍射元件的所述束。所述第四反射元件被配置成朝向所述第五反射元件反射来自所述第三反射元件的所述束，接收由所述第五反射元件所反射的束，并且以所述第一入射角朝向所述第一反射元件反射来自所述第五反射元件的所述束。
86.在一些实施例中，所述层的性质包括所述层的厚度和/或层的至少一个介电性质(例如介电常数、折射率、原子组成等等)。
87.图8示出根据一些实施例的分别被配置成用于照射供应和检测的光学系统800和光学系统800’的透视示意图。光学系统800的元件在功能上和在结构上与图5和图6中的具有类似附图标记的元件类似，其中附图标记的最左侧数字标识了所述附图标记出现于的附图。在一些实施例中，光学系统800’包括与光学系统800的类似编号的元件相对应的元件。图8中示出的布置图示了光学系统800’是光学系统800的副本且旋转180度。在一些实施例中，光学系统800’被布置成光学系统800的镜像副本。
88.在一些实施例中，在辐射束814’输入至光学系统800’中时，已由衬底818反射的辐射束814’入射到反射镜810’上。反射镜810和反射镜810’不必是最接近于衬底818的光学元件。辐射束814’随后在与辐射束814通过光学系统800的反向相对应的方向上行进通过光学系统800’。
89.在一些实施例中，光学元件820(例如偏振旋转器、光栅、波板即波片、多个光学元件，等等)可以被设置于反射镜810与衬底818之间。光学元件820’可以被设置于反射镜810’与衬底818之间。虽然反射镜808、反射镜810、反射镜808’、和反射镜810’的布置示出为与反射镜508和反射镜510(图5)类似，但本领域技术人员将了解，反射镜808、反射镜810、反射镜808’、和反射镜810’也可以被布置成与反射镜608和反射镜610(图6)类似。
90.还可以使用以下方面来描述所述实施例：
91.1.一种用以降低被布置成测量衬底的高度的水平传感器对于所述水平传感器中的光学部件的性质的变化的灵敏度的方法，所述方法包括：
92.朝向衍射元件引导辐射的束，所述束具有第一偏振和垂直于所述第一偏振的第二偏振；以及
93.经由光学系统，以第一入射角将所述束引导至第一反射元件，
94.其中所述第一反射元件以第二入射角朝向第二反射元件反射所述束，以使得所述束入射到所述衬底上，并且
95.其中所述第一入射角和所述第二入射角被选择成减小所述束的所述第一偏振与所述第二偏振的强度比率的、由所述第一反射元件和所述第二反射元件中的至少一个的层
的性质所施加的变化。
96.2.根据方面1所述的方法，其中所述第一入射角和所述第二入射角不超过约45度。
97.3.根据方面1所述的方法，其中所述第一入射角和所述第二入射角介于约10度至30度之间。
98.4.根据方面1所述的方法，其中所述第一反射元件和所述第二反射元件被配置成使得由所述第一反射元件所接收的束与由所述第二反射元件反射的束交叉。
99.5.根据方面1所述的方法，其中：
100.所述光学系统包括第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜；
101.所述衍射元件被配置成朝向所述第三反射元件引导所述束；
102.所述第三反射元件被配置成朝向所述第四反射元件反射来自所述衍射元件的所述束；并且
103.所述第四反射元件被配置成朝向所述第五反射元件反射来自所述第三反射元件的所述束，接收由所述第五反射元件所反射的束，并且以所述第一入射角朝向所述第一反射元件反射来自所述第五反射元件的所述束。
104.6.根据方面1所述的方法，其中所述层的性质包括所述层的厚度。
105.7.根据方面1所述的方法，其中所述层的性质包括介电性质，所述介电性质包括所述层的介电常数、折射率和/或原子组成。
106.8.一种用于引导具有第一偏振和垂直于所述第一偏振的第二偏振的辐射的束的光学系统，所述光学系统包括：
107.衍射元件；以及
108.第一反射元件和第二反射元件；
109.其中所述衍射元件被配置成在所述光学系统中引导所述束，以使得所述束以第一入射角入射到所述第一反射元件上，
110.其中所述第一反射元件被配置成以第二入射角朝向所述第二反射元件反射所述束，以使得所述束入射到衬底上，并且
111.其中所述第一入射角和所述第二入射角被选择成减小所述束的所述第一偏振与所述第二偏振的强度比率的、由所述第一反射元件和所述第二反射元件中的至少一个的层的性质所施加的变化。
112.9.根据方面8所述的光学系统，其中所述第一入射角和所述第二入射角不超过约45度。
113.10.根据方面8所述的光学系统，其中所述第一入射角和所述第二入射角介于约10度至30度之间。
114.11.根据方面8所述的光学系统，其中所述第一反射元件和所述第二反射元件被配置成使得由所述第一反射元件所接收的束与由所述第二反射元件反射的束交叉。
115.12.根据方面8所述的光学系统，还包括第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，其中：
116.所述衍射元件被配置成朝向所述第三反射元件引导所述束；
117.所述第三反射元件被配置成朝向所述第四反射元件反射来自所述衍射元件的所述束；并且
118.所述第四反射元件被配置成朝向所述第五反射元件反射来自所述第三反射元件的所述束，接收由所述第五反射元件反射的所述束，并且以所述第一入射角朝向所述第一反射元件反射来自所述第五反射元件的所述束。
119.13.根据方面8所述的光学系统，其中所述层的性质包括所述层的厚度。
120.14.根据方面8所述的光学系统，其中所述层的性质包括介电性质，所述介电性质包括所述层的介电常数、折射率和/或原子组成。
121.15.一种量测系统，所述量测系统包括：
122.辐射源，所述辐射源被配置成产生辐射的束，所述束具有第一偏振和垂直于所述第一偏振的第二偏振；
123.光学系统，所述光学系统被配置成朝向衬底引导所述辐射的束，所述光学系统包括：
124.衍射元件；
125.第一反射元件和第二反射元件；
126.其中所述衍射元件被配置成在所述光学系统中引导所述束，以使得所述束以第一入射角入射到所述第一反射元件上，
127.其中所述第一反射元件被配置成以第二入射角朝向所述第二反射元件反射所述束，以使得所述束入射到所述衬底上，并且
128.其中所述第一入射角和所述第二入射角被选择成减小所述束的所述第一偏振与所述第二偏振的强度比率的、由所述第一反射元件和所述第二反射元件中的至少一个的层的性质所施加的变化；以及
129.检测器，所述检测器被配置成接收由所述衬底散射的辐射且基于所接收的辐射来产生信号，其中所述信号包括所述衬底的高度的信息。
130.16.根据方面15所述的量测系统，其中所述第一入射角和所述第二入射角不超过约45度。
131.17.根据方面15所述的量测系统，其中所述第一入射角和所述第二入射角介于约10度至30度之间。
132.18.根据方面15所述的量测系统，其中所述第一反射元件和所述第二反射元件被配置成使得由所述第一反射元件所接收的束与由所述第二反射元件反射的束交叉。
133.19.根据方面15所述的量测系统，还包括第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜，其中：
134.所述衍射元件被配置成朝向所述第三反射元件引导所述束；
135.所述第三反射元件被配置成朝向所述第四反射元件反射来自所述衍射元件的所述束；并且
136.所述第四反射元件被配置成朝向所述第五反射元反射来自所述第三反射元件的所述束，接收由所述第五反射元件所反射的所述束，并且以所述第一入射角朝向所述第一反射元件反射来自所述第五反射元件的所述束。
137.20.根据方面15所述的量测系统，其中所述层的性质包括所述层的厚度、层的介电常数、折射率和/或原子组成。
138.尽管在本文中可以在ic的制造中具体参考使用光刻设备，但是应当理解，本文中
描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如制造集成光学系统、用于磁畴存储器、平板显示器、lcd、薄膜磁头等的引导和检测图案。本领域技术人员将理解，在这种备选应用的上下文中，术语“晶片”或“管芯”在本文中的任何使用分别被认为是更通用的术语“衬底”或“目标部分”的同义词。本文所指的衬底可以在曝光之前或之后进行加工，例如在涂覆显影装置单元(通常在衬底上施加一层抗蚀剂并且显影被曝光的抗蚀剂的工具)、量测单元、和/或检查单元中。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这种和其它衬底处理工具。此外，例如可以为了制造多层ic而对衬底进行不止一次的处理，因此本文中使用的术语“衬底”也可以是指已包含多个经处理的层的衬底。
139.尽管上面在光学光刻的上下文中已具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明可以在其它应用中使用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下不仅限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。可以将图案形成装置的形貌压入提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。
140.应当理解，本文中的措词或术语是出于描述而非限制的目的，使得本公开的术语或措辞将由相关领域的技术人员根据本文中的教导进行解释。
141.在本文中所描述的实施例中，术语“透镜”和“透镜元件”在情境允许时可以指各种类型的光学部件中的任一种或组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。如本文中使用的术语“反射镜”可以指各种类型的反射元件或经由反射来引导/重新引导辐射的光学部件中的任一种或组合。如本文中使用的术语“光栅”可以指各种类型的衍射元件或经由衍射来引导/重新引导辐射的光学部件中的任一种或组合。
142.此外，本文中使用的术语“辐射”、“束”和“光”可以涵盖所有类型的电磁辐射，例如紫外(uv)辐射(例如具有365、248、193、157或126nm的波长λ)、极紫外(euv或软x射线)辐射(例如具有在5至20nm的范围内的波长，诸如13.5nm)或在小于5nm的波长情况下工作的硬x射线，以及粒子束(诸如离子束或电子束)。通常，将具有介于约400至约700nm之间的波长的辐射视为可见辐射；将具有介于约780至3000nm(或更大)之间的波长的辐射视为ir辐射。uv是指具有约100至400nm的波长的辐射。在光刻内，术语“uv”也应用于可以由汞放电灯所产生的波长：g线436nm；h线405nm；和/或i线365nm。真空uv或vuv(即，由气体吸收的uv)是指具有约100至200nm的波长的辐射。深uv(duv)通常是指具有从126nm至428nm范围内的波长的辐射，并且在一些实施例中，准分子激光器可以产生用于光刻设备内的duv辐射。应了解，具有在例如5至20nm的范围内的波长的辐射涉及具有某一波长带的辐射，所述波长带至少部分地在5至20nm的范围内。
143.如本文中使用的，术语“衬底”可以描述在其上添加有材料层的材料。在一些实施例中，衬底本身可以被图案化，并且添加在衬底上的材料也可以被图案化，或者可以不被图案化而保留。
144.尽管在本文中可以具体参考根据本发明的装置和/或系统在集成电路制造中的使用，但是应当明确地理解，这种装置和/或系统具有很多其它可能的应用。例如，它可以用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器、lcd面板、薄膜磁头等的引导和检测图案。本领域技术人员将意识到，在这种备选应用的背景下，本文中对“模版”、“晶片”或“芯片”的任何使用均应当被视为分别由更通用的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”代替。
145.尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以不同于所描述的方式来实践。说明书并不旨在限制本发明。
146.应当理解，“具体实施方式”部分(而不是“发明内容”和“摘要”部分)旨在用于解释权利要求。“发明内容”部分和“摘要”部分可以阐述发明人所设想的本发明的一个或更多个但不是全部示例性实施例，因此，并不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。
147.上面已经借助于功能构建块描述了本发明，功能构建块示出特定功能及其关系的实现。为了方便描述，本文中已经任意定义了这些功能构建块的边界。只要适当执行指定的功能及其关系，就可以定义其它边界。
148.对特定实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般特性，以至于其它人可以在不背离本发明的一般概念的情况下通过应用本领域技术人员的知识，而容易地修改这种特定实施例和/或使其适应于各种应用，而无需过度的实验。因此，基于本文中给出的教导和指导，这种适应和修改旨在在所公开的实施例的等同形式的含义和范围内。
149.本发明的广度和范围不应当受到任何上述示例性实施例的限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同形式来限定。